International Milk Composition (IMiC) Consortium (IMiC)

Human Milk Composition: Mjölk är en mycket komplex biovätska som har utvecklats under miljontals år för att ge spädbarn näring och skydda dem från infektion medan deras immunsystem mognar. Förutom att leverera komplett näring (dvs. makronäringsämnen och mikronäringsämnen), ger mjölk bioaktiva komponenter som ytterligare stödjer spädbarns tillväxt, utveckling och hälsa. Dessa inkluderar immunglobuliner, antikroppar, hormoner, tillväxtfaktorer, prebiotiska oligosackarider och probiotiska bakterier. Mjölksammansättningen är specifikt anpassad till varje däggdjursart beroende på tillväxtkraven hos deras unga avkomma. Till exempel är det genomsnittliga energiinnehållet i bröstmjölk runt 70 kcal/100g, jämfört med 38 kcal/100g i åsnemjölk och 171 kcal/100g i mössmjölk. Möss producerar bara 2 mjölkoligosackarider, medan människor producerar över 150. Även bland människor är mjölksammansättningen mycket varierande - till exempel kan energiinnehållet variera från 57-83 kcal/100g och oligosackaridkoncentrationer variera från 5-25 g/L.

Förvånansvärt lite är känt om bestämningsfaktorerna och konsekvenserna av denna variation. Utredarna kommer att studera följande mjölkkomponenter i IMiC-konsortiet för att förstå variationen mellan enskilda kvinnor och över olika geografiska miljöer, och deras samband med spädbarns tillväxt. Dessutom, för att vägleda dessa analyser, kommer en översyn av bröstmjölkskomponenter och spädbarns tillväxt att genomföras av IMiC-medlemmarna under projektets första år.

Prioriterade komponenter (ska analyseras i alla prover):

Makronäringsämnen inkluderar kolhydrater (främst laktos), proteiner och lipider. Lipider ger cirka 50 % av energiinnehållet i bröstmjölk. Den stora majoriteten (98 %) av mjölklipiderna är triacylglycerider, medan resten består av diacylglycerider, monoacylglycerider, fria fettsyror, fosfolipider och kolesterol. Fettsyraprofilen för bröstmjölk varierar i förhållande till moderns kost och genetik, särskilt i de långkedjiga fleromättade fettsyrorna (LCPUFA), såsom arakidon- och dokosahexaensyror, som bidrar till immunfunktion och neuroutveckling.

Mikronäringsämnens kvalitet och koncentrationer kan äventyras av moderns undernäring. Mikronäringsämnen i mjölk inkluderar mineraler (t. Zink, Kalcium, Fosfor, Magnesium, Jod, Selen) och vitaminer (A, B1, B2, B6, B12, C, D, E; folat, kolin).

Immunglobuliner (Ig) överförs i bröstmjölk, inklusive IgA, IgM och IgG. Spädbarn föds med omogen adaptiv immunitet och förlitar sig på dessa moderns antikroppar för försvar mot patogener. Lösligt IgA (sIgA) är den dominerande antikroppen i bröstmjölk; sIgA-antigenkomplex tas upp av intestinala dendritiska celler, vilket möjliggör antigenigenkänning.

Cytokiner är multifunktionella peptider som kan passera tarmbarriären, där de påverkar immunaktiviteten. Mjölkburna cytokiner inkluderar antiinflammatorisk transformerande tillväxtfaktor (TGF)-b, interleukiner (IL)-10 och IL-7, och proinflammatorisk tumörnekrosfaktor (TNF)-a, IL-6, IL-8 och interferon ( IFN)-g.

Laktoferrin är ett järnbindande glykoprotein med antimikrobiell aktivitet mot många bakterier, virus och svampar. Osteopontin är ett omfattande fosforylerat surt glykoprotein som finns i höga koncentrationer i bröstmjölk. Det påverkar immunfunktioner, tarmens utveckling och hjärnans utveckling.

Tillväxtfaktorer och hormoner i bröstmjölk har vidsträckta effekter på spädbarnets tarmkanal, kärlsystem, nervsystem och endokrina system. Vissa verkar lokalt på neonataltarmen och många absorberas i systemisk cirkulation genom den "läckande" spädbarnets tarm. Epidermal tillväxtfaktor (EGF) är avgörande för mognad och läkning av tarmslemhinnan. Insulinliknande tillväxtfaktor (IGF) främjar vävnadstillväxt. De metabola hormonerna leptin, insulin, adiponectin och ghrelin reglerar energibesparing, aptit och spädbarns BMI.

Oligosackarider från bröstmjölk (HMO) är den tredje vanligaste beståndsdelen i bröstmjölk. Över 100 olika HMO har identifierats. Dessa strukturellt olika kolhydrater smälts inte av spädbarnet, utan metaboliseras av spädbarnets tarmbakterier, vilket ger ett selektivt substrat för att hjälpa till att forma det utvecklande mikrobiomet. Dessutom fungerar HMOs som lösliga lockbetereceptorer och förhindrar patogenbindning till spädbarns slemhinneytor, vilket minskar risken för virus- och bakterieinfektioner. HMO kan också modulera epitel- och immuncellssvar och förse spädbarnet med sialinsyra, ett viktigt näringsämne för hjärnans utveckling. I CHILD-kohorten har forskarna observerat att, utöver genetisk sekretorstatus, är HMO-sammansättning associerad med etnicitet, laktationsstadium, paritet, geografisk plats, insamlingssäsong och amningsexklusivitet.

Omics tillvägagångssätt kommer att tillämpas för att brett bedöma hela spektrumet av peptider, proteiner, lipider och metaboliter i bröstmjölk. Riktade metabolomiska analyser ska utföras med hjälp av Biocrates-plattformen (~500 metaboliter), oriktade metabolomiska analyser som ska utföras av Sapient Bioanalytics via masspektrometri.

Mikrober finns i bröstmjölk. Kulturberoende och oberoende (sekvenseringsbaserade) studier har bekräftat förekomsten av bakterier och svampar i mjölk från friska mödrar. I CHILD-kohorten har forskarna funnit att mjölkmikrobiotans sammansättning skiljer sig åt beroende på spädbarns kön, matningsmetod, moderns BMI och moderns atopi. Det uppskattas att spädbarn som ammas får 10^4-10^6 bakterier per dag, vilket ger en källa till levande mikrober för att så spädbarnets tarm, munhåla och luftvägar. Studier som visar stamlikheter mellan moderns tarm, mjölk och spädbarns tarm stödjer denna hypotes och finner att Bifidobacterium spp. utgör majoriteten av delade taxa mellan modersmjölk och spädbarnsavföring. Med tanke på tarmmikrobiomets centrala roll i spädbarns tillväxt, metabolism och skydd mot infektionssjukdomar, inklusive i låg- till medelinkomstmiljöer (LMIC), är det viktigt att förstå ursprunget till dessa fundamentalt viktiga tarmmikrober tidigt i livet.

Ett sekundärt mål för IMiC kommer att vara att stödja dataintegrering mellan webbplatser för att besvara viktiga frågor relaterade till 1) effekten av mödrars hälsa och näringsinsatser på bröstmjölkens sammansättning, och 2) dess relation till spädbarns hälsa, tillväxt och utveckling. Varje webbplats kommer att äga sin egen data och kommer också att självständigt ta upp samma frågor per webbplats, som ursprungligen avsågs i sina egna anslag/studier.